醫(yī)用器械面板支架多工位級進模設計

陳景茂，黃珍媛，蘇達權，周劍國，王子恒

（1.華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣東 廣州 510641；2.廣東龍澤科技集團有限公司，廣東 東莞 523000）

在傳統(tǒng)的機械制造業(yè)中，金屬支架類零件的需求量較大，此類產品廣泛應用于眾多領域以及生活的各個方面。金屬支架類零件一般由沖裁和彎曲特征組成，其中折彎精度要求比較高。對于此類零件的制造，如何減少零件彎曲工藝時的回彈量，提高制造時的尺寸精度和成形后表面質量是成形工藝的難點，眾多學者對此類問題進行了大量研究。學者屈曉暉[1]等人在產品成形工藝中多處采用了彎曲根部圓弧分段彎曲的成形方法保證了零件彎曲部分的成形質量，解決了彎曲時回彈較大的問題；國內學者鄭輝[2]等人對擋板件進行了工藝性分析，合理進行了排樣，為提高制造時的精度，級進模中使用側刃粗定位，導正銷進行精定位，通過保證定位精度來提高產品制造精度；學者于仁萍[3]等人對電子產品復雜支架的成形工藝進行了研究，為解決產品上存在彎曲邊重疊的現(xiàn)象，通過合理的設計排樣方式和工序順序解決了成形過程中的工藝難點，并成功應用于產品的實際生產；學者陸裕斌[4]等人從工藝、排樣、結構等方面介紹了產品帶有翻孔及彎曲結構時，如何合理設計級進模結構來進行實際生產。文獻研究表明，支架零件種類非常多，結構也千差萬別，生產中會針對不同類型和不同要求的零件成形問題采用不同的解決措施。本文所研究的醫(yī)用器械支架零件的折彎部位具有折彎寬度大、高度小的特征，同時要求零件的板料兩面均無毛刺。

1 產品工藝性分析

本文所針對的醫(yī)療器械面板支架零件圖如圖1所示。該零件的外形結構不太復雜，材料類型為SECD 鍍鋅鋼板，厚度為0.8mm,工藝要求的最高尺寸精度為0.005mm，零件內外表面均要求光滑，無明顯毛刺。該零件包括一處沖孔特征、一處沖孔翻邊特征和兩處折彎特征。對零件進行展開，得到毛坯展開圖如圖1 所示。由圖可見，零件的長邊折彎工藝具有寬板彎曲的特征，且折彎高度小，折彎邊長度為83mm，而折彎高度只有5mm，沖壓成形中容易出現(xiàn)折彎邊回彈明顯的問題。考慮到該產品年產量較大，總計達到100 萬件，成形工序多，擬采用多工位級進模配合自動送料裝置來進行生產。

圖1 產品尺寸圖

2 排樣設計

該產品的排樣設計如圖2 所示，考慮到產品的形狀特點，產品排樣方式采用直排的形式，載體方式采用雙邊載體。產品的料帶寬度為95mm，工位步距為30mm，步距精度為0.01mm。在模具實際工作過程中，工位1 是對零件進行預壓處理，為后續(xù)的長邊折彎工藝做準備，確保折彎角度的精度；工位2 沖出料帶兩側的導正孔和零件上的小孔；工位3 對零件上的小孔進行翻邊；工位4 和工位5 沖出毛坯外輪廓和兩側載體的形狀；工位6 對毛坯進行壓毛邊處理，通過壓毛邊處理，能確保零件上下表面均無毛刺；工位7 對零件進行向下折彎90°，工位8 為空工位；工位9 對零件進行向上折彎90°；工位10 沖出零件中間的輪廓孔，最后工位11 進行落料處理得到零件。

圖2 產品工藝排樣圖

3 模具結構設計

3.1 模具總體結構設計

模具總體結構如圖3 所示，采用正裝結構，選用四導柱作為模架，卸料方式采用彈性卸料裝置。該模具采用插針對料帶進行導正，以提高模具工作時料帶的定位精度。模具的上模部分由上托板，上模座，上墊板，上夾板，脫料板，止擋板以及各工序的凸模和彈性卸料裝置組成。上墊板、上夾板之間使用螺栓進行粗定位、銷釘進行精定位裝配在一起，以實現(xiàn)固定沖頭、抵抗沖擊的作用。止擋板、脫料板裝配方式與上墊板、上夾板之間的裝配方式相同，配合等高套筒與彈簧裝置以實現(xiàn)壓料和脫料功能。模具的下模部分由下模板、下墊板、下模座各工序凹模及彈性浮料裝置組成，凹模鑲塊固定在下模板中，配合凸模實現(xiàn)對零件的彎曲、沖裁、翻邊等工藝。

圖3 級進模總裝配圖

3.2 凹、凸模結構設計

在模具結構設計中，為使模具在生產過程中便于制造、調試、維修和更換，模具凹模采用鑲塊方式安裝，設置臺階孔配合鎖緊螺絲固定在下模板中，凸模則采用掛耳方式安裝，配合上墊板固定在夾板上。凹凸模的最高精度為0.01mm，配合間隙為0.8mm，材料均采用冷作模具鋼（Cr12MOV），經過淬火回火等熱處理工藝后洛氏硬度可達到60。為了保證沖裁時的精度，凸模采用平刃刃口，而為了保證沖裁時廢料的順利排出，凹模的刃口采用錐形刃口，且在下墊板、下模座之間設置了臺階孔的結構。

3.3 輔助零件結構設計

該模具的導向裝置使用內導柱配合導套方式進行導向，彈性卸料裝置使用等高套筒配合彈簧進行卸料。下模板上的凹模鑲塊上設置了頂針結構，頂針下裝有彈簧方便工件與凹模之間脫離。在最后一步工位后，下模板上設置了楔形結構配合頂針方便產品從級進模上脫落。

4 產品試制

模具工作時，由自動送料裝置控制步距，浮升銷頂起料帶。上模下降，脫料板先與安裝在下模板上的浮升兩用銷閉合，將卡在浮升銷中的料帶向下壓，然后安裝在脫料板上的插針插入料帶上的導正孔對料帶進行定位。脫料板與下模板完全閉合后在彈簧的彈力作用下壓緊料帶，之后模具繼續(xù)下行，固定在上夾板上凸模與固定在下模板上的凹模閉合完成沖裁、彎曲、翻邊等一系列工序。開模時模具上行，浮升銷托著料帶，與脫料板一同上行直至分離，在彈簧的彈力作用下，凸模也與料帶逐漸分離，回到最初的開模狀態(tài)。將此級進模應用于實際的產品生產，生產出的實際產品圖如圖4 所示。對產品的尺寸精度以及表面質量進行檢測，結果表明產品符合質量要求，設計的工藝方案可行，級進模的結構較為合理，能滿足實際的大批量生產要求。

圖4 實際產品圖

5 結論

（1）所設計的級進模采用了壓毛邊成形工藝，保證了產品正反表面均無明顯毛刺，確保了產品的表面質量。

（2）所設計的級進模考慮了支架零件長邊折彎部位的機構特征，在折彎工序之前增加了一步預壓工序，確保了折彎部位的成形角度和精度問題。

（3）實際生產表明，本文根據(jù)醫(yī)用器械面板支架產品的特點所設計、制造的多工位級進模結構合理，符合生產要求，對于同類支架類產品的實際制造生產具有較大的參考意義。